基于交錯Boost變流器和LLC諧振變流器的高效率車載充電機

李靜宇 周明 李庚銀

關鍵詞： 車載充電機; 交錯Boost變流器; 零電流開關; 電動汽車; LLC諧振變流器; 效率分析

中圖分類號： TN99?34; TM721 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）01?0119?05

Abstract： On?board charger （OBC） is a key component of electric vehicle （EV）， and supplies the charging access for EV. The fore?stage AC/DC circuit of OBC uses the interleaved Boost converter for power factor correction and DC bus voltage regulation. The post?stage DC/DC converter utilizes the full?bridge LLC resonant converter to control the charging voltage and charging power. The efficiency of the interleaved Boost converter is calculated， and efficiency of the LLC resonant converter is optimized. A 3.3 kW OBC prototype was developed， whose overall efficiency and power factor can reach up to 94.9% and 99.5% respectively. The efficiency of interleaved Boost converter and LLC resonant converter can reach up to 97.7% and 97.6% respectively. The power density of OBC can reach up to 1.05 kW/L.

Keywords： on?board charger; interleaved Boost converter; zero current switching; electric vehicle; LLC resonant converter; efficiency analysis

0 ?引 ?言

限于車載空間和體積，載充電機（On?Board Charger，OBC）須以高功率密度[1]、高效率為設計目標，同時還須有電氣隔離、良好的PF和THD性能。OBC典型電路結構如圖1所示。

前級AC/DC承擔功率因數矯正和穩定直流母線電壓的功能，后級DC/DC提供電氣隔離，控制輸出電壓和功率。傳統BoostPFC的電流應力大[2]，電感體積大，電流紋波大，影響直流母線電容壽命。交錯BoostPFC（Interleaved Boost Power Factor Correction，IBPFC）具有電流紋波小、電感體積小[3]、效率高、功率密度高、PF和THD高的優點。

LLC具有無噪音、軟開關、效率高、輸出電壓范圍寬、無反向恢復[4]等優點。但OBC的負載對象為DC 230～430 V的蓄電池，輸出高壓時，易失去ZCS特性;輸出低壓時，原邊關斷損耗增加。因此，實現寬輸出電壓范圍內LLC的高效率是必須要解決的難題[5]。

4 ?結 ?論

本文將兩級電路拓撲應用于3.3 kW OBC，交錯BoostPFC進行功率因數校正、穩定直流母線電壓。對PFC的效率進行了詳細的計算和優化，其峰值效率高于97.7%，THD<4%，PF>0.99。從時域分析角度對LLC的效率進行了優化，LLC的峰值效率超過97.6%。

研制一臺高功率密度、高效率3.3 kW OBC樣機，其體積僅有3.1 L，功率密度超過1.05 kW/L，輸出電壓范圍為230～430 V，整機峰值效率超過94.9%。

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